五年前，3D曾經(jīng)風(fēng)靡全球，無(wú)數(shù)人甚至認(rèn)為未來(lái)將充滿3D打印。比如我們會(huì)開(kāi)3D打印的車，住3D打印的房子。然而，五年過(guò)去了，我們想象的未來(lái)已經(jīng)沒(méi)有時(shí)間了。但即使炒作不再，仍有公司堅(jiān)持開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。
兩年前，MX3D宣布了一項(xiàng)計(jì)劃，利用3D打印技術(shù)建造一座由Joris Laarman設(shè)計(jì)的全鋼橋。這個(gè)項(xiàng)目進(jìn)展順利，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)完成。在這方面，公司其主要投資者Autodesk與我們獨(dú)家分享了他們的進(jìn)展。技術(shù)的發(fā)展和項(xiàng)目的進(jìn)展是驚人的。在這個(gè)過(guò)程中克服了無(wú)數(shù)的問(wèn)題，未來(lái)值得期待。
工業(yè)應(yīng)用的完美案例
這座橋無(wú)疑是一系列鋼打印應(yīng)用的概念證明，從造船到海上石油鉆井平臺(tái)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我們不僅需要更好的軟件，還需要能夠自學(xué)3D打印的機(jī)器人。“我們即將在可打印對(duì)象的體積方面取得重大突破，這將為3D打印的應(yīng)用帶來(lái)巨大發(fā)展，”MX3D公司經(jīng)理Gijs van der Velden說(shuō)。MX3D是一家致力于大規(guī)模鋼印商業(yè)化的企業(yè)。公司從喬里斯·拉爾曼實(shí)驗(yàn)室取出的。
當(dāng)拉爾曼最初設(shè)計(jì)這座橋時(shí)，它是由像冰晶一樣的格構(gòu)柱支撐的。這座橋位于阿姆斯特丹歷史悠久的紅燈區(qū)附近的運(yùn)河上。然而，由于一個(gè)簡(jiǎn)單的原因，這座橋發(fā)生了根本性的變化:這座城市發(fā)現(xiàn)的橋的設(shè)計(jì)會(huì)給運(yùn)河的河床帶來(lái)巨大的壓力，因此需要重新設(shè)計(jì)工程。現(xiàn)在正在打印和制造的橋梁更像是典型的行人結(jié)構(gòu)，但橋面和形狀仍然保持著原來(lái)奇怪的彎曲和扭曲——而這種設(shè)計(jì)只有通過(guò)3D打印才能完成。更重要的是，它向所有潛在的合作伙伴展示了3D打印技術(shù)的可能性。
然而，在印刷過(guò)程中遇到的挑戰(zhàn)之一是印刷大的形狀。你可能認(rèn)為這是硬件問(wèn)題——用性能更好的機(jī)器就能解決——但實(shí)際上更多的是軟件問(wèn)題。現(xiàn)成的工業(yè)機(jī)器人一直是主角。客戶可以很容易地預(yù)訂這些機(jī)器人，大約3周后收到貨物，然后使用MX3D軟件打印他們想要的任何東西。但是要讓這些機(jī)器人焊接出具有高性能零件所需的所有物理特性的東西是非常復(fù)雜的。
鐵熔化后，其物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化。反復(fù)加熱會(huì)讓鐵變脆，也就是說(shuō)不能像打印塑料一樣簡(jiǎn)單地一層一層打印鋼結(jié)構(gòu)。隨著鋼鐵一層一層的堆積，他們會(huì)反復(fù)加熱下面的鋼鐵。如果這些鋼層是最近剛打印出來(lái)的，會(huì)變得更加脆弱。克服這個(gè)困難意味著需要采用完全不同的打印側(cè)邊欄。鋼必須建在冷卻的區(qū)域，由于區(qū)域不同，印出來(lái)的圖案看起來(lái)是隨機(jī)的。用于3D打印鋼鐵的機(jī)器人看起來(lái)不像蜘蛛織網(wǎng)——更像蜘蛛在藥物上織網(wǎng)。因?yàn)榇蛴C(jī)不再需要等待特定位置的鋼材冷卻，所以打印機(jī)本身的工作效率可以提高一倍。
但是接下來(lái)的事情就比較復(fù)雜了。復(fù)雜的三維幾何是根據(jù)定義定制的，所以很難提前知道機(jī)器在創(chuàng)建強(qiáng)焊接時(shí)會(huì)在哪里遇到麻煩。但是機(jī)器學(xué)習(xí)可以解決這個(gè)問(wèn)題。MX3D使用的工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)有傳感器，可以檢測(cè)用來(lái)加熱鋼材的電流值、鋼材的溫度以及焊接的準(zhǔn)確位置。MX3D正在進(jìn)行下一階段的工作:將這些數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)算法結(jié)合起來(lái)，幫助機(jī)器人學(xué)習(xí)哪些焊接可能會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題——并選擇要么實(shí)時(shí)解決這些問(wèn)題，要么采用全新的運(yùn)動(dòng)模式來(lái)完全避免這些問(wèn)題，并合理地重新構(gòu)建每一層結(jié)構(gòu)。“當(dāng)你制作打印文件時(shí)，你可以解決顯而易見(jiàn)的問(wèn)題，”范德韋爾登解釋說(shuō)。"但是當(dāng)你真正打印的時(shí)候，機(jī)器會(huì)識(shí)別出問(wèn)題并立即給出解決方案."
范·德·費(fèi)爾登也承認(rèn)，3D打印鋼材將不適用于95%的工業(yè)建筑項(xiàng)目。在這些項(xiàng)目中，鋼材的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，不需要3D打印技術(shù)。但是，剩下的5%項(xiàng)目，意味著巨大的市場(chǎng)。例如，海洋石油鉆機(jī)的鋼支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)極其復(fù)雜和困難。你可以雇傭兩個(gè)工程師來(lái)監(jiān)督八臺(tái)機(jī)器，而不是讓每個(gè)工程團(tuán)隊(duì)來(lái)建造每個(gè)獨(dú)立的部分。此外，在制造石油鉆井平臺(tái)等大型項(xiàng)目的部件時(shí)，最耗時(shí)的步驟之一是削減關(guān)鍵部件，以減輕重量。把重量從6000公斤降到5000公斤，意味著你可以用完全不同類型的起重機(jī)械來(lái)安裝，從而大大降低成本。通過(guò)對(duì)這些關(guān)鍵部件使用3D打印，它們復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重量可以減少到最小——最多50%， 并且不需要額外的修整工作。大型高性能零件(比如貨船上的轉(zhuǎn)子)也可以3D打印，道理是一樣的。一個(gè)表面看起來(lái)一樣，其實(shí)內(nèi)部?jī)?yōu)化的設(shè)計(jì)，可以帶來(lái)很大的優(yōu)勢(shì)。
讓我們?cè)倩氐竭@座橋上。這個(gè)項(xiàng)目由Autodesk贊助，MX3D負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)其軟件。而且，已經(jīng)有十幾個(gè)合作伙伴投入了數(shù)百萬(wàn)美元開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。雖然橋的外觀看起來(lái)很酷，但它的真正目的是向我們展示幾十年不變的大內(nèi)部結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新可能性。“這不是制造一切的神奇方法，”范德韋爾登說(shuō)，“但我們會(huì)找到真正適合3D打印的重要新部件。”